發(fā)酵罐的氧傳遞速率及攪拌系統(tǒng)對他的影響
發(fā)酵罐的氧傳遞速率及攪拌系統(tǒng)對他的影響
在好氧微生物液態(tài)發(fā)酵中，溶氧的控制至關(guān)重要，那么我們就有必要掌握微生物的氧氣需求。那么怎么樣來評估發(fā)酵罐的溶氧效果呢?我們用一個氧傳遞速率來衡量一個發(fā)酵體系的供養(yǎng)能力。
由公式可以看出，我們提高氧傳遞速度的方法有以下幾種：①提高KLα②提高C*③降低C。
提高C*的方法：在空氣中通入純氧氣，適當增加罐壓，降低溫度。
提高KLα的方法：由KLα的經(jīng)驗公式可以看出，KLα的大小受攪拌功率Pg，通氣線速度Vs，常數(shù)：k，α β 幾個因素影響。
而往往發(fā)酵罐定死，設(shè)備攪拌功率，通氣速度也基本上定下，我們很難去操控，另外并不是通氣速度越高越好，我們還需要考慮通氣速率和攪拌速度的配合問題。
今天我們主要來認識一下發(fā)酵罐攪拌槳葉都有什么類型，不同的攪拌槳的特點，以及發(fā)酵罐在配置攪拌槳的時候應(yīng)該怎么配備。
發(fā)酵罐攪拌系統(tǒng)的一般要求
發(fā)酵罐的攪拌槳的尺寸并不是隨意設(shè)定的，而是根據(jù)相關(guān)計算，最終確定的。攪拌槳的作用主要有：打碎空氣氣泡，增加溶解氧，加快物料的混合以實現(xiàn)物料傳遞，熱量傳遞。在此僅分享攪拌槳在空氣傳遞過程中的作用和效果。
a、最下層攪拌器離罐底的高度一般是槳葉直徑D3，且不能<0.8D3
b、最下層槳與空氣分布器的距離沒有明確的規(guī)定，設(shè)計時通常放在最下層槳和罐底之間。
c、罐內(nèi)各層攪拌器的間距可以取2~3倍的槳徑，耗氧高的間距可以取2，通常的取3就可以了。
d、空氣分布器：空氣分布器分單管式和環(huán)形管式，單管式空氣分布器開口超下，位于罐底正中央，距離罐底一般在40mm，此距離可根據(jù)情況調(diào)整。環(huán)形管式空氣分布器直徑D6=0.8D3(攪拌器直徑)時，噴孔直徑為5-8mm，開口一般向下，空氣噴孔總面積為1-1.2倍通氣管面積。關(guān)于兩者選擇的問題：當通氣量較小時，可以選環(huán)形多孔分布器，這樣可以有效提高空氣的分布效果，但是當發(fā)酵菌種為高好氧菌株，通氣量較大時，通入的空氣主要靠攪拌槳來打碎，多孔分布器并不能體現(xiàn)出他的優(yōu)勢，反而具有一定的缺點：物料容易堵塞氣孔，造成空氣阻力損失，并增加染菌風險。
e、發(fā)酵罐攪拌器直徑D3=1/3D4
f、擋板，擋板能改變液體的流向，使得發(fā)酵液由徑向流變?yōu)檩S向流，促進液體激烈翻動，增加溶氧;防止攪拌過程中漩渦的產(chǎn)生，避免攪拌器起不到攪拌作用。擋板的寬度D1=0.1D4(發(fā)酵罐直徑)，擋板離發(fā)酵罐內(nèi)壁的距離W=(1/8-1/5)D1。
攪拌槳葉的類型及應(yīng)用
攪拌器主要有軸向式(圓盤渦輪)、徑向式(槳式)。
攪拌器的分類：
發(fā)酵罐中常用的是圓盤渦輪式攪拌槳，屬于徑流攪拌槳。圓盤渦輪式攪拌槳將液體分成上下兩個系統(tǒng)，在靠近槳葉和遠離槳葉的地方形成富氧區(qū)和貧氧區(qū)，不利用系統(tǒng)的混勻和氧氣的傳遞，因此軸流式槳葉被廣泛應(yīng)用起來。軸流式攪拌槳能夠彌補圓盤渦輪式攪拌槳的不足，提高溶氧效果，而單獨使用軸流式槳葉也會存在液面翻騰較為嚴重，發(fā)酵液裝液量較低，容易新城液泛等現(xiàn)象的缺點。
因此，目前一般將兩種類型的槳葉配合使用：下層選用圓盤渦輪式槳葉，可以將上升氣流打斷，起到破碎氣泡的作用，上面兩層采用槳葉軸流式，可以增加設(shè)備的傳氧系數(shù)。底層用渦輪平葉，中間用渦輪箭葉，上層用軸流式，可以在提高溶氧的同時降低功率。不同的攪拌槳葉的組合需要經(jīng)過試驗進行確定。
